JP2015055544A - Wavefront measurement instrument, wavefront measurement method, method of manufacturing optical element, and assembly adjustment device of optical system - Google Patents

Wavefront measurement instrument, wavefront measurement method, method of manufacturing optical element, and assembly adjustment device of optical system Download PDF

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彰律 大久保
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wavefront measurement instrument which is capable of wavefront measurement of an optical element having large wavefront aberrations, has high accuracy, and is low-cost.SOLUTION: The wavefront measurement instrument measures a transmitted wavefront or a reflected wavefront of an optical element and includes: measurement means which measures a light intensity distribution on the basis of a luminous flux transmitted through or reflected by the optical element; area determination means which determines a first area and a second area on the basis of a plurality of spot positions in the light intensity distribution; first signal processing means which calculates a first wavefront using a linear model on the basis of information relating to a light intensity distribution in the first area; and second signal processing means which estimates a second wavefront by repeating light propagation calculation with the first wavefront as an initial value on the basis of information relating to light intensity distributions in the first area and the second area.

Description

本発明は、光学素子の透過波面または反射波面を計測する波面計測装置に関する。   The present invention relates to a wavefront measuring apparatus that measures a transmitted wavefront or reflected wavefront of an optical element.

結像光学系は、ミラーやレンズなどの光学素子や、これらを組み合わせた光学ユニットなどにより構成されている。結像光学系を組み立てる前に、各光学素子や各光学ユニットの透過波面または反射波面(被検波面)を計測することにより、各光学素子または各光学ユニットの性能を保証することができる。非特許文献1には、透過波面(被検波面)を計測するシャックハルトマン波面センサ(SHWFS:Shack−Hartmann wavefront sensors)が開示されている。   The imaging optical system includes optical elements such as a mirror and a lens, an optical unit that combines these elements, and the like. Before assembling the imaging optical system, the performance of each optical element or each optical unit can be guaranteed by measuring the transmitted wavefront or reflected wavefront (test wavefront) of each optical element or each optical unit. Non-Patent Document 1 discloses a Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS) for measuring a transmitted wavefront (test wavefront).

ところが、被検波面の変位が大きくなると、SHWFSを用いて被検波面を再構成することが困難または不可能となる。そこで非特許文献2には、被検波面の変位を、波面計測センサで計測可能なダイナミックレンジの範囲内に補正する補正レンズ(Compensators)を用いる方法が開示されている。これにより、被検波面の変位が大きい場合にも対応可能となる。   However, when the displacement of the test wavefront increases, it becomes difficult or impossible to reconstruct the test wavefront using SHWFS. Therefore, Non-Patent Document 2 discloses a method using correction lenses (Compensators) for correcting the displacement of the wavefront to be detected within the dynamic range that can be measured by the wavefront measuring sensor. Thereby, it is possible to cope with a case where the displacement of the wavefront to be detected is large.

Daniel Malacara, “Optical Shop Testing”, Third Edition, Wiley−Interscience,p.383−386Daniel Malacara, “Optical Shop Testing”, Third Edition, Wiley-Interscience, p. 383-386 Eric P. Goodwin and James C. Wyant, “Field Guide to Interferometric Optical Testing (Spie Field Guides)”, SPIE Press, p. 79Eric P. Goodwin and James C.I. Wyant, “Field Guide to Interferometric Optical Testing (Spie Field Guides)”, SPIE Press, p. 79

しかしながら、非特許文献2に開示されているように、補正レンズを用いて被検波面の変位を波面計測センサのダイナミックレンジの範囲内に補正すると、補正レンズの姿勢誤差や形状誤差に起因する計測不確かさが増加してしまう。また、補正レンズは高精度に設計および作製する必要があり、補正レンズを用意するには、多くの時間と費用が必要となる。また、計測対象の被検光学系に対応する補正レンズが必要となるため、被検光学系の種類が増加すると補正レンズの種類も増加し、波面計測のコストが増加する。   However, as disclosed in Non-Patent Document 2, when the displacement of the wavefront to be detected is corrected within the dynamic range of the wavefront measurement sensor using the correction lens, the measurement due to the posture error or shape error of the correction lens is performed. Uncertainty increases. In addition, the correction lens needs to be designed and manufactured with high accuracy, and much time and cost are required to prepare the correction lens. In addition, since a correction lens corresponding to the optical system to be measured is required, when the type of optical system to be measured increases, the type of correction lens also increases and the cost of wavefront measurement increases.

そこで本発明は、大きな波面収差を有する光学素子の波面計測が可能であって、高精度かつ低コストの波面計測装置、波面計測方法、光学素子の製造方法、および、光学システムの組み立て調整装置を提供する。   Accordingly, the present invention provides a wavefront measuring apparatus, a wavefront measuring method, an optical element manufacturing method, and an optical system assembly adjustment apparatus that are capable of measuring a wavefront of an optical element having a large wavefront aberration and that are highly accurate and low cost. provide.

本発明の一側面としての波面計測装置は、光学素子の透過波面または反射波面を計測する波面計測装置であって、前記光学素子を透過または反射した光束に基づいて光強度分布を計測する計測手段と、前記光強度分布における複数のスポット位置に基づいて第1の領域および第2の領域を判定する領域判定手段と、前記第1の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、線形モデルを用いて第1の波面を算出する第1の信号処理手段と、前記第1の領域および前記第2の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、前記第1の波面を初期値として光伝搬計算を繰り返し行うことにより第2の波面を推定する第2の信号処理手段とを有する。   A wavefront measuring apparatus according to one aspect of the present invention is a wavefront measuring apparatus that measures a transmitted wavefront or a reflected wavefront of an optical element, and measures a light intensity distribution based on a light beam transmitted or reflected by the optical element. A region determination means for determining the first region and the second region based on a plurality of spot positions in the light intensity distribution, and a linear model based on information on the light intensity distribution of the first region. Based on the first signal processing means for calculating the first wavefront and the information on the light intensity distribution of the first region and the second region, the light propagation calculation is performed using the first wavefront as an initial value. Second signal processing means for estimating the second wavefront by repeatedly performing the processing.

本発明の他の側面としての波面計測方法は、光学素子の透過波面または反射波面を計測する波面計測方法であって、前記光学素子を透過または反射した光束に基づいて光強度分布を計測するステップと、前記光強度分布における複数のスポット位置に基づいて第1の領域および第2の領域を判定するステップと、前記第1の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、線形モデルを用いて第1の波面を算出するステップと、前記第1の領域および前記第2の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、前記第1の波面を初期値として光伝搬計算を繰り返し行うことにより第2の波面を推定するステップとを有する。   A wavefront measuring method as another aspect of the present invention is a wavefront measuring method for measuring a transmitted wavefront or a reflected wavefront of an optical element, and measuring a light intensity distribution based on a light beam transmitted or reflected by the optical element. Determining a first region and a second region based on a plurality of spot positions in the light intensity distribution, and using a linear model based on information on the light intensity distribution of the first region. Calculating the wavefront of the first wavefront, and repeating the light propagation calculation using the first wavefront as an initial value based on the information on the light intensity distribution of the first area and the second area. Estimating a wavefront.

本発明の他の側面としての光学素子の製造方法は、前記波面計測方法を用いる。   The method for manufacturing an optical element according to another aspect of the present invention uses the wavefront measuring method.

本発明の他の側面としての光学システムの組み立て調整装置は、前記波面計測方法を用いて、前記光学素子の配置位置または姿勢を算出し、該配置位置または該姿勢に基づいて、光学システムの組み立て調整を行う。   An optical system assembly adjustment apparatus according to another aspect of the present invention calculates an arrangement position or orientation of the optical element using the wavefront measurement method, and assembles the optical system based on the arrangement position or orientation. Make adjustments.

本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。   Other objects and features of the present invention are illustrated in the following examples.

本発明によれば、大きな波面収差を有する光学素子の波面計測が可能であって、高精度かつ低コストの波面計測装置、波面計測方法、光学素子の製造方法、および、光学システムの組み立て調整装置を提供することができる。   According to the present invention, a wavefront measurement of an optical element having a large wavefront aberration is possible, and a highly accurate and low-cost wavefront measurement apparatus, a wavefront measurement method, an optical element manufacturing method, and an optical system assembly adjustment apparatus Can be provided.

実施例1における波面計測装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the wavefront measuring apparatus in Example 1. FIG. シャックハルトマン波面センサ(SHWFS)に基準波面を入射した場合の模式図である。It is a schematic diagram when a reference wavefront is incident on a Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS). シャックハルトマン波面センサ(SHWFS)に被検波面を入射した場合の模式図である。It is a schematic diagram when a test wavefront is incident on a Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS). シャックハルトマン波面センサ(SHWFS)に大収差の被検波面を入射した場合の模式図である。It is a schematic diagram when a test wavefront having a large aberration is incident on a Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS). 大収差の被検波面を入射した場合において、ディテクタアレイからの出力信号の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the output signal from a detector array in the case of injecting a to-be-measured wavefront with large aberration. 実施例1における信号処理部のブロック図である。2 is a block diagram of a signal processing unit in Embodiment 1. FIG. 実施例1において、スポット像の重心検出領域の説明図である。In Example 1, it is explanatory drawing of the gravity center detection area | region of a spot image. 実施例1におけるエンコード光学系(シャックハルトマン波面センサ)に入射する光束の傾きの模式図である。6 is a schematic diagram of the inclination of a light beam incident on an encoding optical system (Shack-Hartmann wavefront sensor) in Embodiment 1. FIG. 実施例1において、各スポットを互いに異なる2つの領域で重心検出した場合の平均入射角度誤差Δθを示す図である。In Example 1, it is a figure which shows average incident angle error (DELTA) (theta) at the time of detecting a gravity center in two mutually different area | regions in Example 1. FIG. 実施例1において、高精度に波面回復可能な領域の説明図である。In Example 1, it is explanatory drawing of the area | region which can recover a wavefront with high precision. 実施例1における別の形態の信号処理部のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of another form of signal processing unit according to the first exemplary embodiment. 実施例2における波面計測装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the wavefront measuring apparatus in Example 2. FIG. 実施例2における別の形態の波面計測装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the wavefront measuring apparatus of another form in Example 2. FIG. 実施例3における波面計測装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the wavefront measuring apparatus in Example 3. 実施例4における波面計測装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the wavefront measuring apparatus in Example 4. 実施例4における別の形態の波面計測装置の要部構成図である。It is a principal part block diagram of the wavefront measuring device of another form in Example 4. FIG.

以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。各図において、同一の部材については同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In each figure, the same members are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

まず、本発明の実施例1における波面計測装置について説明する。図1は、本実施例における波面計測装置100の要部構成図である。波面計測装置100は、被検光学系(光学素子)の透過波面または反射波面を計測するように構成されている。   First, the wavefront measuring apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is a configuration diagram of a main part of a wavefront measuring apparatus 100 according to the present embodiment. The wavefront measuring apparatus 100 is configured to measure a transmitted wavefront or a reflected wavefront of a test optical system (optical element).

波面計測装置100において、光源LSからの光束LBは照明光学系ILOに入射する。照明光学系ILOは、光束LBを所望の光束LB1に整形する。例えば、照明光学系ILOは、ファイバやピンホールからの発散光を被検光学系TO(計測対象の光学素子)の計測領域をカバーするだけの光束LB1に広げることができる。また照明光学系ILOは、NDフィルタや偏光フィルタを用いて、光量や偏光状態を調整することもできる。照明光学系ILOで整形された光束LB1は、被検光学系TOに入射する。光束LB1は、被検光学系TOを透過して被検光束LB2となる。   In the wavefront measuring apparatus 100, the light beam LB from the light source LS enters the illumination optical system ILO. The illumination optical system ILO shapes the light beam LB into a desired light beam LB1. For example, the illumination optical system ILO can expand divergent light from a fiber or a pinhole into a light beam LB1 that only covers the measurement region of the optical system TO (measurement target optical element). The illumination optical system ILO can also adjust the amount of light and the polarization state using an ND filter and a polarizing filter. The light beam LB1 shaped by the illumination optical system ILO enters the test optical system TO. The light beam LB1 passes through the test optical system TO and becomes the test light beam LB2.

リレー光学系RYOは、被検光学系TOを透過した被検光束LB2をエンコード光学系に入射させ、空間的に変調された光強度分布を形成する。本実施例において、エンコード光学系(計測手段)として、レンズレットアレイMLAおよびディテクタアレイDA(二次元ディテクタアレイ)を備えて構成されるシャックハルトマンセンサ光学系SH(シャックハルトマン波面センサ)が用いられる。ただし本実施例は、これに限定されるものではない。   The relay optical system RYO causes the test light beam LB2 transmitted through the test optical system TO to enter the encode optical system and form a spatially modulated light intensity distribution. In this embodiment, a Shack-Hartmann sensor optical system SH (Shack-Hartmann wavefront sensor) including a lenslet array MLA and a detector array DA (two-dimensional detector array) is used as an encoding optical system (measurement means). However, the present embodiment is not limited to this.

レンズレットアレイMLAに照射された光(被検光束LB2)は、その波面の傾きに応じたスポット像ISをディテクタアレイDA上に形成する。ディテクタアレイDA上に形成されたスポット像強度分布は、ディテクタアレイDAによる光電変換およびAD(Analog to Digtal)変換を経て、スポット像IS(強度分布データ)として出力される。信号処理部DSPは、ディテクタアレイDAから出力されたスポット像IS(強度分布データ)に対して波面回復処理を行い、計測波面WMを出力する。   The light (test light beam LB2) irradiated on the lenslet array MLA forms a spot image IS corresponding to the inclination of the wavefront on the detector array DA. The spot image intensity distribution formed on the detector array DA is output as a spot image IS (intensity distribution data) through photoelectric conversion and AD (Analog to Digital) conversion by the detector array DA. The signal processing unit DSP performs wavefront recovery processing on the spot image IS (intensity distribution data) output from the detector array DA, and outputs a measurement wavefront WM.

従来のシャックハルトマン波面センサ(SHWFS)では、スポット像ISから波面を再構成するために、これらの関係を線形問題としてモデル化している。ここで、従来のSHWFSにおける波面再構成アルゴリズムについて説明する。図2は、SHWFSに基準波面を入射した場合の模式図である。図3は、SHWFSに被検波面を入射した場合の模式図である。   In a conventional Shack-Hartmann wavefront sensor (SHWFS), these relationships are modeled as a linear problem in order to reconstruct the wavefront from the spot image IS. Here, the wavefront reconstruction algorithm in the conventional SHWFS will be described. FIG. 2 is a schematic diagram when a reference wavefront is incident on SHWFS. FIG. 3 is a schematic diagram when the wavefront to be detected is incident on the SHWFS.

まず図2に示されるように、被検光学系TOを設けていない状態で、基準波面W0をレンズレットアレイMLAに入射させ、レンズレットアレイMLAのレンズレットにより形成された基準スポット位置RSP(x、y)を予め求めておく。基準波面W0としては、既知の平面波や、点光源から発生させた発散球面波などを用いることができる。 First, as shown in FIG. 2, the reference wavefront W0 is made incident on the lenslet array MLA in a state where the test optical system TO is not provided, and the reference spot position RSP (x r 1 , y r ) are obtained in advance. As the reference wavefront W0, a known plane wave, a divergent spherical wave generated from a point light source, or the like can be used.

その後、図3に示されるように、計測対象の被検波面W1をレンズレットアレイMLAに入射させ、測定スポット位置MSP1(x、y)を求める。測定スポット位置MSP1は、各々のレンズレットで形成されるスポットに対し、重心検出などのアルゴリズムを用いてスポット中心位置として算出することができる。そして、基準スポット位置RSPに対する被検波面W1によるスポット位置MSP1の変位を求める。 Thereafter, as shown in FIG. 3, the wavefront W1 to be measured is incident on the lenslet array MLA, and the measurement spot position MSP1 (x t , y t ) is obtained. The measurement spot position MSP1 can be calculated as a spot center position using an algorithm such as centroid detection for the spot formed by each lenslet. Then, the displacement of the spot position MSP1 by the wavefront W1 to be detected with respect to the reference spot position RSP is obtained.

ここで、レンズレットが薄肉レンズであると近似し、また、スポット中心位置はレンズレットの中心を通過する光線とディテクタアレイDA面との交点であると仮定する。これにより、幾何学的に波面の傾きを求めることができる。具体的には、スポット中心位置の変位と、レンズレットアレイMLAとディテクタアレイDAとの間の距離とに基づいて、レンズレットアレイMLAを構成する一つのレンズレットに入射される波面の平均傾きを求めることができる。一つのマイクロレンズに対応する波面を全てのマイクロレンズに対して求め、一つのマイクロレンズに入射される波面の平均傾きを、レンズレット中心の波面の傾きと近似して波面傾きを積分処理する。これにより、レンズレットアレイMLA上での波面を再構成することができる。   Here, it is assumed that the lenslet is a thin lens, and the spot center position is assumed to be the intersection of the light beam passing through the center of the lenslet and the detector array DA surface. Thereby, the inclination of the wave front can be obtained geometrically. Specifically, based on the displacement of the spot center position and the distance between the lenslet array MLA and the detector array DA, the average inclination of the wavefront incident on one lenslet constituting the lenslet array MLA is calculated. Can be sought. The wavefront corresponding to one microlens is obtained for all the microlenses, and the average inclination of the wavefront incident on one microlens is approximated to the inclination of the wavefront at the center of the lenslet to integrate the wavefront inclination. Thereby, the wavefront on the lenslet array MLA can be reconstructed.

しかしながら、この従来のSHWFSの波面再構成アルゴリズムでは、被検波面の傾きが大きくなると、ディテクタアレイDA上でのスポットが密になり、隣接スポットの影響で重心検出などによりスポット中心検出の精度が低下する。また、ディテクタアレイDA上でのスポットが伸びたり変形したりすることによっても、スポット中心検出の精度は低下する。被検波面の傾きがさらに大きくなると、スポットが重なり、波面の再構成は不可能となる場合がある。図4は、SHWFSに大収差被検波面を入射した場合の模式図である。図4に示されるように、被検波面W1よりも波面変位の大きい被検波面W2がレンズレットアレイMLAに入射すると、測定スポット位置MSP2(x、y)において、複数のスポットが交差してしまう。このため、あるスポットがレンズレットアレイMLAのどのレンズレットで形成されたスポットであるのかを識別することができない。 However, in this conventional SHWFS wavefront reconstruction algorithm, when the inclination of the wavefront to be detected becomes large, the spot on the detector array DA becomes dense, and the accuracy of spot center detection decreases due to the detection of the center of gravity due to the influence of adjacent spots. To do. Further, the accuracy of spot center detection also decreases when the spot on the detector array DA extends or deforms. If the inclination of the wavefront to be detected is further increased, spots may overlap and the wavefront may not be reconstructed. FIG. 4 is a schematic diagram when a large aberration wavefront is incident on SHWFS. As shown in FIG. 4, when the wavefront to be detected W2 having a wavefront displacement larger than the wavefront W1 to be detected is incident on the lenslet array MLA, a plurality of spots intersect at the measurement spot position MSP2 (x t , y t ). End up. For this reason, it is impossible to identify which lenslet of the lenslet array MLA is a certain spot.

図5は、大収差の被検波面を入射した場合において、ディテクタアレイDAからの出力信号の一例を示す図である。すなわち図5は、被検光学系TOを透過した波面をシャックハルトマンセンサ光学系SHに入射させたときに得られた、スポット像ISの一例である。被検光学系TOは、大きな球面収差を有するため、スポット像ISの外周部分でスポットが重なっている。この場合、従来のSHWFSの波面再構成アルゴリズムでは、この領域(外周部分)における波面再構成は困難である。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of an output signal from the detector array DA when a wavefront to be detected having large aberration is incident. That is, FIG. 5 is an example of the spot image IS obtained when the wavefront transmitted through the test optical system TO is incident on the Shack-Hartmann sensor optical system SH. Since the test optical system TO has a large spherical aberration, spots are overlapped on the outer peripheral portion of the spot image IS. In this case, with the conventional SHWFS wavefront reconstruction algorithm, it is difficult to perform wavefront reconstruction in this region (outer peripheral portion).

ここで図6を参照して、スポットが重なっている場合において、本実施例の信号処理部DSPで行われる波面回復アルゴリズムについて説明する。図6は、波面計測装置100における信号処理部DSPのブロック図である。図6に示されるように、被検光学系TOの波面W(被検波面)は、エンコード光学系120(計測手段)に入射する。エンコード光学系120は、光学素子を透過または反射した光束に基づいて光強度分布(スポット像IS)を計測する。すなわちエンコード光学系120は、被検波面(光学素子の透過波面または反射波面)の情報を含む光強度分布(スポット像IS)を生成し、スポット像ISを信号処理部DSPに出力する。本実施例では、エンコード光学系120として、シャックハルトマンセンサ光学系SHを用いた場合について説明する。   Here, with reference to FIG. 6, a description will be given of a wavefront recovery algorithm performed by the signal processing unit DSP of the present embodiment when spots overlap. FIG. 6 is a block diagram of the signal processing unit DSP in the wavefront measuring apparatus 100. As shown in FIG. 6, the wavefront W (test wavefront) of the test optical system TO is incident on the encode optical system 120 (measurement means). The encoding optical system 120 measures the light intensity distribution (spot image IS) based on the light beam transmitted or reflected by the optical element. That is, the encoding optical system 120 generates a light intensity distribution (spot image IS) including information on the wavefront to be detected (the transmitted wavefront or the reflected wavefront of the optical element), and outputs the spot image IS to the signal processing unit DSP. In this embodiment, a case where a Shack-Hartmann sensor optical system SH is used as the encoding optical system 120 will be described.

信号処理部DSPの波面回復領域判定部201(領域判定手段)は、入力されたスポット像ISに基づいて、SHWFSの波面再構成アルゴリズムにより波面回復可能な領域の判定を行う。すなわち波面回復領域判定部201は、光強度分布(スポット像IS)における複数のスポット位置(領域L1、L2に含まれるスポット位置)に基づいて第1の領域(領域1)および第2の領域(領域2)を判定する。具体的には、例えば、まずスポット像ISの中心付近におけるスポットにおいて、そのスポットを形成するレンズレットを求める。続いて、スポット像ISの外周部に向かって、それぞれ隣り合うスポットで、領域L1および領域L2のそれぞれにおいて重心検出を行う。このように波面回復領域判定部201は、互いに異なる複数の大きさいの検出領域(領域L1、L2)で検出された複数のスポット位置に基づいて、第1の領域(領域1)及び第2の領域(領域2)を判定する。   The wavefront recovery region determination unit 201 (region determination unit) of the signal processing unit DSP determines a region where wavefront recovery is possible by the SHWFS wavefront reconstruction algorithm based on the input spot image IS. In other words, the wavefront recovery region determination unit 201 performs the first region (region 1) and the second region (on the basis of a plurality of spot positions (spot positions included in the regions L1, L2) in the light intensity distribution (spot image IS) Determine area 2). Specifically, for example, at a spot near the center of the spot image IS, a lenslet that forms the spot is first obtained. Subsequently, the center of gravity is detected in each of the regions L1 and L2 at spots adjacent to each other toward the outer peripheral portion of the spot image IS. As described above, the wavefront recovery region determination unit 201 uses the first region (region 1) and the second region based on the plurality of spot positions detected in a plurality of detection regions (regions L1 and L2) having different sizes. A region (region 2) is determined.

図7は、スポット像ISの重心検出領域の説明図(スポット像ISの拡大図)であり、スポット像ISの外周部付近のスポットS1における領域L1および領域L2を示している。領域L2は、スポットS1の周囲を取り囲む点線の四角形内部の領域である。領域L1は、領域L2よりも大きい実線の四角形内部の領域であり、領域L2を含む領域である。図7に示されるように、スポット像ISの最外周部では、スポットS1〜S14のそれぞれに対して、領域L1および領域L2のそれぞれの重心検出が行われる。   FIG. 7 is an explanatory diagram of the center-of-gravity detection region of the spot image IS (enlarged view of the spot image IS), and shows a region L1 and a region L2 in the spot S1 near the outer periphery of the spot image IS. The region L2 is a region inside a dotted square surrounding the spot S1. The region L1 is a region inside a solid square larger than the region L2, and is a region including the region L2. As shown in FIG. 7, the center of gravity of each of the regions L1 and L2 is detected for each of the spots S1 to S14 at the outermost peripheral portion of the spot image IS.

スポットS1では、隣接するスポットとの間隔が十分離れているため、隣接スポットの影響は小さい。このため、領域L1および領域L2のそれぞれにおける重心検出結果(重心検出位置)は、ほぼ同一である(実質的な差異が生じない)。一方、例えばスポットS14よりも外側、すなわちスポット像ISの中心から遠ざかる領域(スポットS8、S12、S13、S14など)では、隣接するスポットとの間隔が縮まり、または隣接するスポットが互いに重なる。このため、領域L1および領域L2のそれぞれにおける重心検出結果(重心検出位置)には差異が生じる。   In the spot S1, the influence of the adjacent spot is small because the distance from the adjacent spot is sufficiently long. For this reason, the centroid detection results (centroid detection positions) in the regions L1 and L2 are substantially the same (no substantial difference occurs). On the other hand, for example, in an area outside the spot S14, that is, in an area away from the center of the spot image IS (spots S8, S12, S13, S14, etc.), the interval between adjacent spots is reduced, or adjacent spots overlap each other. For this reason, a difference occurs in the center of gravity detection result (center of gravity detection position) in each of the region L1 and the region L2.

ここで、領域L1および領域L2のそれぞれにおける重心検出位置の差分が波面計測に与える影響について考える。SHWFSの波面再構成アルゴリズムを用いて、レンズレットアレイMLAを構成する一つのレンズレットに入射する波面の平均傾き(波面スロープ)を求める。波面スロープは、スポット中心位置の基準位置からの変位、および、レンズレットアレイMLAとディテクタアレイDAとの間の距離に基づいて算出される。   Here, the influence which the difference of the gravity center detection position in each of the area | region L1 and the area | region L2 has on wavefront measurement is considered. Using the SHWFS wavefront reconstruction algorithm, the average inclination (wavefront slope) of the wavefront incident on one lenslet constituting the lenslet array MLA is obtained. The wavefront slope is calculated based on the displacement of the spot center position from the reference position and the distance between the lenslet array MLA and the detector array DA.

図8は、エンコード光学系120(シャックハルトマンセンサ光学系SH)に入射する光束の傾きの模式図である。基準スポット位置(x、y)に対する測定スポット位置(x、y)の変位(x−x、y−y)、および、レンズレットアレイMLAとディテクタアレイDAとの間の距離Lを用いて、波面スロープβは、以下の式(1)のように算出される。 FIG. 8 is a schematic diagram of the inclination of the light beam incident on the encoding optical system 120 (Shack-Hartmann sensor optical system SH). Reference spot position (x r, y r) measurement spot position relative to (x t, y t) displacement (x t -x r, y t -y r), and, between the lenslet array MLA and the detector array DA Is used to calculate the wavefront slope β as shown in the following equation (1).

式(1)において、wは波面形状、kは各レンズレットのインデックス番号である。 In equation (1), w is the wavefront shape, and k is the index number of each lenslet.

そして、領域L1におけるスポット重心検出位置(xt、L1,yt、L1)と、領域L2におけるスポット重心検出位置(xt、L2,yt、L2)との差分が生じると、この差分による波面スロープ誤差Δβは、以下の式(2)のように表される。 When a difference between the spot centroid detection position ( xt, L1 , yt , L1 ) in the region L1 and the spot centroid detection position ( xt, L2 , yt , L2 ) in the region L2 occurs, this difference The wavefront slope error Δβ is expressed by the following equation (2).

さらに、以下の式(3)で表されるように、波面スロープ誤差Δβを平均入射角度誤差Δθに変換することができる。   Furthermore, as represented by the following equation (3), the wavefront slope error Δβ can be converted into an average incident angle error Δθ.

SHWFSの波面再構成アルゴリズムを用いて再現性よく波面を再構成するには、領域L1および領域L2のそれぞれにおける重心検出位置から算出される平均入射角度誤差Δθが十分小さいことが必要である。例えば、Zernike多項式のフォーカス成分項Z4の場合を考える。このとき、Z4の係数をC4とすると、フォーカス成分項Z4の波面形状は、以下の式(4)のように表される。   In order to reconstruct the wavefront with high reproducibility using the SHWFS wavefront reconstruction algorithm, it is necessary that the average incident angle error Δθ calculated from the centroid detection position in each of the regions L1 and L2 is sufficiently small. For example, consider the case of the Zernike polynomial focus component term Z4. At this time, if the coefficient of Z4 is C4, the wavefront shape of the focus component term Z4 is expressed as the following equation (4).

式(4)において、rは規格化半径である。 In Expression (4), r is a normalized radius.

このとき、平均入射角度誤差Δθと係数C4(Zernike係数)の誤差ΔC4との関係は、以下の式(5)のように表される。   At this time, the relationship between the average incident angle error Δθ and the error ΔC4 of the coefficient C4 (Zernike coefficient) is expressed by the following equation (5).

式(5)において、rは波面解析半径である。一般的な波面計測では、少なくとも誤差ΔC4(Zernike係数誤差)を50nm程度以下にする必要がある。このため、波面解析半径rを2mmとすると、解析半径の最外周で許容できる平均入射角度誤差Δθは0.1mrad程度以下となる。 In equation (5), r is the wavefront analysis radius. In general wavefront measurement, at least the error ΔC4 (Zernike coefficient error) needs to be about 50 nm or less. For this reason, when the wavefront analysis radius r is 2 mm, the average incident angle error Δθ allowable at the outermost circumference of the analysis radius is about 0.1 mrad or less.

図9は、各スポット(スポットS1〜S14)を互いに異なる2つの大きさの検出領域(領域L1、L2)で重心検出した場合の平均入射角度誤差Δθを示す図である。図9は、図7のスポット像IS(強度分布データ)において、領域L2を19ピクセル×19ピクセルの領域、領域L1を21ピクセル×21ピクセルの領域と設定した場合を示している。また図9は、スポットS1〜S14までの各スポットに対応するレンズレットアレイMLA内の平均入射角度誤差Δθの計算結果を示している。   FIG. 9 is a diagram showing an average incident angle error Δθ when the center of gravity of each spot (spots S1 to S14) is detected in detection areas (areas L1 and L2) having two different sizes. FIG. 9 shows a case where the area L2 is set to an area of 19 pixels × 19 pixels and the area L1 is set to an area of 21 pixels × 21 pixels in the spot image IS (intensity distribution data) of FIG. FIG. 9 shows the calculation result of the average incident angle error Δθ in the lenslet array MLA corresponding to each of the spots S1 to S14.

このとき、ディテクタアレイDAの一画素(ピクセル)のサイズは、4.65μm×4.65μmである。また、レンズレットアレイMLAとディテクタアレイDAとの間の距離Lは3.7mmである。図9に示されるように、平均入射角度誤差Δθが許容できない(すなわち、0.1mrad以上となる)スポットは、スポットS8〜S14である。本実施例においてSHWFSの波面再構成アルゴリズムを用いた場合、図10に示されるように、高精度に波面再構成が可能な第1の領域(領域1)と、波面再構成の誤差が許容値を超える第2の領域(領域2)に分離することができる。   At this time, the size of one pixel (pixel) of the detector array DA is 4.65 μm × 4.65 μm. The distance L between the lenslet array MLA and the detector array DA is 3.7 mm. As shown in FIG. 9, spots whose average incident angle error Δθ is unacceptable (that is, 0.1 mrad or more) are spots S8 to S14. When the SHWFS wavefront reconstruction algorithm is used in this embodiment, as shown in FIG. 10, the first region (region 1) in which the wavefront reconstruction can be performed with high accuracy and the error of the wavefront reconstruction are allowable values. It can be separated into a second region (region 2) exceeding.

このように本実施例の波面計測装置100(信号処理部DSP)は、互いに異なる2つの大きさの検出領域(領域L1、L2)において重心検出を行い、検出された2つの重心位置の差異に基づいて各レンズレットの波面誤差を評価する。これにより信号処理部DSPは、SHWFSの波面再構成アルゴリズムを用いて、波面回復領域を判定することができる。すなわち信号処理部DSPは、高精度に波面回復が可能な第1の領域(領域1)と、波面回復誤差が大きい第2の領域(領域2)に適切に分離することが可能となる。   As described above, the wavefront measuring apparatus 100 (signal processing unit DSP) of the present embodiment performs centroid detection in detection areas (areas L1 and L2) having two different sizes, and determines the difference between the detected two centroid positions. Based on this, the wavefront error of each lenslet is evaluated. Accordingly, the signal processing unit DSP can determine the wavefront recovery region using the SHWFS wavefront reconstruction algorithm. That is, the signal processing unit DSP can appropriately separate the first area (area 1) where the wavefront recovery can be performed with high accuracy and the second area (area 2) where the wavefront recovery error is large.

前述のように、図6に示される信号処理部DSP(波面回復領域判定部201)は、高精度に波面回復可能な第1の領域(領域1)を判定する。そして信号処理部DSPの波面再構成部202(第1の信号処理部)は、第1の領域(領域1)の光強度分布(スポット像IS)に関する情報に基づいて、線形モデルを用いて第1の波面(計測波面WM1)を算出する。すなわち波面再構成部202は、領域1において重心検出などで求めたスポット位置(スポット中心位置)に基づき、シャックハルトマン波面回復アルゴリズムを用いて領域1の計測波面WM1を算出する。好ましくは、波面再構成部202は、幾何光学的計算を用いて第1の波面を算出する。   As described above, the signal processing unit DSP (wavefront recovery region determination unit 201) illustrated in FIG. 6 determines the first region (region 1) where the wavefront recovery can be performed with high accuracy. Then, the wavefront reconstruction unit 202 (first signal processing unit) of the signal processing unit DSP uses the linear model based on information on the light intensity distribution (spot image IS) of the first region (region 1). 1 wavefront (measurement wavefront WM1) is calculated. That is, the wavefront reconstruction unit 202 calculates the measurement wavefront WM1 of the region 1 using the Shack-Hartmann wavefront recovery algorithm based on the spot position (spot center position) obtained by detecting the center of gravity in the region 1. Preferably, the wavefront reconstruction unit 202 calculates the first wavefront using geometric optical calculation.

続いて、波面推定部203(第2の信号処理部)は、波面再構成部202にて算出された計測波面WM1と、波面回復領域判定部201からのスポット像ISとに基づいて、第2の領域(領域2)の推定波面WM2を算出する。すなわち波面推定部203は、第1の領域(領域1)および第2の領域(領域2)の光強度分布に関する情報(スポット像IS)に基づいて、第1の波面(計測波面WM1)を初期値として光伝搬計算を繰り返し行い、第2の波面(推定波面WM2)を推定する。本実施例において、推定波面WM2は、最尤法などの推定手法を用いて算出される。好ましくは、波面推定部203は、波面パラメータの最適化計算を用いて推定波面WM2を推定する。   Subsequently, the wavefront estimation unit 203 (second signal processing unit) performs the second operation based on the measured wavefront WM1 calculated by the wavefront reconstruction unit 202 and the spot image IS from the wavefront recovery region determination unit 201. The estimated wavefront WM2 of the region (region 2) is calculated. That is, the wavefront estimation unit 203 initializes the first wavefront (measured wavefront WM1) based on the information (spot image IS) regarding the light intensity distribution of the first region (region 1) and the second region (region 2). The light propagation calculation is repeated as a value to estimate the second wavefront (estimated wavefront WM2). In this embodiment, the estimated wavefront WM2 is calculated using an estimation method such as a maximum likelihood method. Preferably, the wavefront estimation unit 203 estimates the estimated wavefront WM2 using wavefront parameter optimization calculation.

そして波面算出部204(第3の信号処理部)は、計測波面WM1(領域1の計測波面:第1の波面)と推定波面WM2(領域2の推定波面:第2の波面)とを繋ぎ合わせる(スティッチングを行う)。これにより、波面算出部204は、領域1および領域2を含む全解析領域の計測波面WM、すなわち被検光学系TO(光学素子)の透過波面または反射波面を算出することができる。   Then, the wavefront calculation unit 204 (third signal processing unit) connects the measurement wavefront WM1 (measurement wavefront of region 1: first wavefront) and the estimated wavefront WM2 (estimated wavefront of region 2: second wavefront). (Do stitching). Thereby, the wavefront calculation unit 204 can calculate the measurement wavefront WM of all analysis regions including the region 1 and the region 2, that is, the transmitted wavefront or the reflected wavefront of the test optical system TO (optical element).

ここで、波面推定部203による処理について説明する。波面推定部203は、非線形問題を数値解析的に解くことにより、被検光学系TOの波面Wを推定する。このとき、計測光学システム(波面計測装置100)の物理モデルパラメータを同時に推定することもできる。計測光学システムの物理モデルパラメータには、照明光の波面、強度分布、光学素子の形状、光学素子の配置、レンズレットアレイパラメータ、ディテクタ特性など、最終的なスポット像分布生成に寄与するパラメータが含まれる。また波面推定部203は、推定する被検光学系TOの波面Wに加えて、光学素子の形状、光学素子の配置、光学素子の屈折率や反射率特性など、スポット像分布生成に寄与する物理モデルパラメータを推定することもできる。   Here, the processing by the wavefront estimation unit 203 will be described. The wavefront estimation unit 203 estimates the wavefront W of the test optical system TO by solving the nonlinear problem numerically. At this time, the physical model parameters of the measurement optical system (wavefront measuring apparatus 100) can be estimated simultaneously. The physical model parameters of the measurement optical system include parameters that contribute to the final spot image distribution generation, such as the wavefront of the illumination light, the intensity distribution, the shape of the optical element, the arrangement of the optical element, the lenslet array parameters, and the detector characteristics. It is. In addition to the wavefront W of the optical system TO to be estimated to be estimated, the wavefront estimation unit 203 also physically contributes to spot image distribution generation, such as the shape of the optical element, the arrangement of the optical element, and the refractive index and reflectance characteristics of the optical element. Model parameters can also be estimated.

好ましくは、波面推定部203は、光学素子(被検光学系TO)および波面計測装置100の物理モデルパラメータに基づいて光伝搬計算を行う第1の処理手段203aを有する。また波面推定部203は、シャックハルトマンセンサ光学系SH(計測手段)からのデータと光伝搬計算の結果に基づいてコスト関数を算出する第2の処理手段203bを有する。また波面推定部203は、物理モデルパラメータを変化させて繰り返し算出されたコスト関数を指標として、物理モデルパラメータを決定する第3の処理手段203cを有する。   Preferably, the wavefront estimation unit 203 includes first processing means 203a that performs light propagation calculation based on the optical element (test optical system TO) and the physical model parameters of the wavefront measuring apparatus 100. The wavefront estimation unit 203 includes a second processing unit 203b that calculates a cost function based on data from the Shack-Hartmann sensor optical system SH (measurement unit) and a result of light propagation calculation. The wavefront estimation unit 203 includes a third processing unit 203c that determines a physical model parameter using, as an index, a cost function that is repeatedly calculated by changing the physical model parameter.

本実施例において、物理モデルパラメータの推定には、例えば最尤法などの推定手法を用いることができる。本実施例において、波面推定部203は、推定を行う被検光学系TOの計測波面WMの初期値として、領域1の計測波面WM1を用いる。波面推定部203は、領域1の計測波面WM1を初期値とし、計測光学系の物理モデルパラメータを用いて、光伝搬計算を含む順伝搬計算を行い、ディテクタアレイDAの出力であるスポット像ISを演算により求める。順伝搬計算としては、幾何光学的な光線追跡、波動光学、ビームレット伝搬計算などの手法を用いることができる。また、このように得られた計算スポット像と、実際の光学系で得られたスポット像ISとに基づいて、尤もらしさの指標である尤度を算出する。尤度を算出する尤度関数としては、例えば、Harrison H. Barrett, Christopher Dainty, and David Lara,“Maximum−likelihood methods in wavefront sensing:stochastic models and likelihood functions,”J.Opt.Soc.Am.A.24,391-414(2007)に開示されている様々なノイズ要因を考慮した関数を用いることができる。   In the present embodiment, for example, an estimation method such as a maximum likelihood method can be used for estimating the physical model parameters. In the present embodiment, the wavefront estimation unit 203 uses the measurement wavefront WM1 in the region 1 as the initial value of the measurement wavefront WM of the optical system TO to be estimated. The wavefront estimation unit 203 uses the measurement wavefront WM1 in the region 1 as an initial value, performs forward propagation calculation including light propagation calculation using the physical model parameters of the measurement optical system, and obtains a spot image IS that is an output of the detector array DA. Obtained by calculation. As the forward propagation calculation, methods such as geometric optical ray tracing, wave optics, and beamlet propagation calculation can be used. Further, based on the calculated spot image obtained in this way and the spot image IS obtained in the actual optical system, a likelihood that is an index of likelihood is calculated. As a likelihood function for calculating the likelihood, for example, Harrison H. et al. Barrett, Christopher Dainty, and David Lara, “Maximum-likelihood methods in wavefront sensing: stochastic models and likefund.” Opt. Soc. Am. A. 24, 391-414 (2007), a function considering various noise factors can be used.

最尤法では、計測波面WM(推定波面WM2)および物理モデルパラメータを変化させながら、順伝搬計算(光伝搬計算)と尤度関数の計算とを繰り返す。これにより、尤度が最も高くなる計測波面WM(推定波面WM2)および物理モデルパラメータを探索する。そして、尤度が最大値に収束したと判定した時点の計測波面WM(推定波面WM2)および物理モデルパラメータを、計測波面WM(推定波面WM2)および物理モデルパラメータの推定値とする。このような最大の尤度を取りうる物理モデルパラメータの探索計算として、Simulated anealing法やDownhill simplex (Nelder−Mead) methodが用いられる。ただし本実施例はこれに限定されるものではなく、Conjugate gradient methodなどの様々な最適化手法を用いることができる。   In the maximum likelihood method, forward propagation calculation (light propagation calculation) and likelihood function calculation are repeated while changing the measurement wavefront WM (estimated wavefront WM2) and physical model parameters. Thereby, the measurement wavefront WM (estimated wavefront WM2) and the physical model parameter with the highest likelihood are searched. Then, the measured wavefront WM (estimated wavefront WM2) and physical model parameters at the time when it is determined that the likelihood has converged to the maximum value are used as the estimated values of the measured wavefront WM (estimated wavefront WM2) and physical model parameters. As a search calculation of a physical model parameter that can take such maximum likelihood, a simulated annealing method or a Downhill simplex (Nelder-Mead) method is used. However, the present embodiment is not limited to this, and various optimization methods such as a Conjugate gradient method can be used.

本実施例の波面計測装置100(波面算出部204)は、被検波面Wの計測結果である計測波面WMを算出することにより、被検波面Wが波面変位の大きい大収差波面であって、複数のスポットが互いに重なっている場合でも、高精度な波面計測が可能となる。また本実施例の波面計測装置100(波面推定部203)は、計測波面WM(推定波面WM2)の初期値として、予め高精度に計測された計測波面WM1を用いる。これにより、全領域(領域L1、L2)の波面を推定する場合と比較して、推定に必要な時間が短縮できるとともに、推定が高精度に収束する。推定に用いられるスポット像ISとして、全領域(領域L1、L2)のデータではなく、領域2のみのスポット像ISを用いてもよい。この場合、波面推定部203における順伝搬計算時間を短縮することができるため、波面計測の更なる高速化が可能となる。   The wavefront measuring apparatus 100 (wavefront calculating unit 204) of the present embodiment calculates a measurement wavefront WM that is a measurement result of the wavefront W to be detected, so that the wavefront W to be detected is a large aberration wavefront having a large wavefront displacement, Even when a plurality of spots overlap each other, highly accurate wavefront measurement is possible. In addition, the wavefront measuring apparatus 100 (wavefront estimating unit 203) of the present embodiment uses the measured wavefront WM1 measured in advance with high accuracy as the initial value of the measured wavefront WM (estimated wavefront WM2). Thereby, compared with the case where the wavefront of all the areas | regions (area | region L1, L2) is estimated, time required for estimation can be shortened and estimation converges with high precision. As the spot image IS used for estimation, the spot image IS of only the region 2 may be used instead of the data of the entire region (regions L1 and L2). In this case, since the forward propagation calculation time in the wavefront estimation unit 203 can be shortened, the wavefront measurement can be further speeded up.

本実施例の波面計測装置100によれば、従来の大収差波面の計測に必要であった、校正用の基準波面を生成する高精度な光学素子が不要となる。このため、高精度な光学素子を設計、計測、および製作するためのコストを削減することができる。その結果、大収差の波面を有する光学素子や光学ユニットなどの波面を、短時間かつ低コストで評価することが可能となる。この計測波面に基づいて、素子やユニット単位での性能評価、ユニット調整を行うことが可能となり、高性能かつ低コストの波面計測装置100(光学システム)を提供することができる。また、本実施例の波面計測装置100を用いて計測した、光学系の計測波面をデータとして記憶し、その計測波面から信号処理を用いてデジタル的に収差補正した画像やデータを出力する光学システムを実現することができる。また収差補正の際には、実際の補正光学系を用いることもできる。この場合、光学系の設計と製造時において、光学系の収差を厳しく管理する必要がなくなるため、さらに低コストの光学系、および、光学系が組み込まれた光学システムを提供することが可能となる。   According to the wavefront measuring apparatus 100 of the present embodiment, a high-precision optical element that generates a reference wavefront for calibration, which is necessary for measurement of a conventional large aberration wavefront, is not necessary. For this reason, the cost for designing, measuring, and manufacturing a highly accurate optical element can be reduced. As a result, it becomes possible to evaluate the wavefront of an optical element or optical unit having a wavefront with large aberration in a short time and at a low cost. Based on this measurement wavefront, it is possible to perform performance evaluation and unit adjustment in units of elements and units, and it is possible to provide a high-performance and low-cost wavefront measurement apparatus 100 (optical system). Also, an optical system that stores the measured wavefront of the optical system measured using the wavefront measuring apparatus 100 of this embodiment as data, and outputs images and data digitally corrected for aberrations using signal processing from the measured wavefront. Can be realized. An actual correction optical system can also be used for aberration correction. In this case, since it is not necessary to strictly manage the aberration of the optical system at the time of designing and manufacturing the optical system, it is possible to provide a lower cost optical system and an optical system incorporating the optical system. .

本実施例において、波面回復領域判定部201による領域判定方法は、領域L1および領域L2の重心検出結果を用いる方法に限定されるものではない。例えば、メインローブが隣接するメインローブに重ならないという条件、すなわち隣接するスポット位置の距離dが所定の値以下であるという条件を用いてもよい。このように波面回復領域判定部201は、隣接するスポット位置の間の距離dに基づいて、第1の領域(領域1)および第2の領域(領域2)を判定することもできる。ここで、λを光源の波長、NAをレンズレットの開口数、wをレンズレットの直径、fをレンズレットの焦点距離とすると、隣接するスポット位置の距離dは、以下の式(6)のように表される。   In the present embodiment, the region determination method by the wavefront recovery region determination unit 201 is not limited to the method using the center of gravity detection results of the regions L1 and L2. For example, a condition that the main lobe does not overlap with the adjacent main lobe, that is, a condition that the distance d between the adjacent spot positions is a predetermined value or less may be used. As described above, the wavefront recovery region determination unit 201 can also determine the first region (region 1) and the second region (region 2) based on the distance d between adjacent spot positions. Here, where λ is the wavelength of the light source, NA is the numerical aperture of the lenslet, w is the diameter of the lenslet, and f is the focal length of the lenslet, the distance d between adjacent spot positions is given by the following equation (6): It is expressed as follows.

波面回復領域判定部201は、式(6)で表される条件を用いて第1の領域(領域1)を判定してもよい。例えば、λ=0.53μm、w=150μm、f=6mmの場合、d<52μmとなる。また、λ=0.532μm、w=150μm、f=12mmの場合、d<104μmとなる。このような基準で従来のSHWFSの波面再構成のアルゴリズムで計測可能な領域を判定することにより、信号処理を簡便にすることができるため、計測時間の短縮が可能となる。   The wavefront recovery region determination unit 201 may determine the first region (region 1) using the condition expressed by equation (6). For example, when λ = 0.53 μm, w = 150 μm, and f = 6 mm, d <52 μm. When λ = 0.532 μm, w = 150 μm, and f = 12 mm, d <104 μm. By determining an area that can be measured by the conventional SHWFS wavefront reconstruction algorithm based on such a standard, signal processing can be simplified, and therefore the measurement time can be shortened.

また波面回復領域判定部201、領域判定条件として、スポット位置を重心検出し、そのスポット位置に対応する光の入射角(エンコード光学系120に入射する光線角度)が所定の角度以内であることを用いてもよい。このように波面回復領域判定部201は、エンコード光学系120に入射する光線角度に基づいて、第1の領域(領域1)および第2の領域(領域2)を判定することができる。例えば、センサ(エンコード光学系120)の入射角度特性が大きく低下するような入射角度以下とすることにより、センサの感度誤差に依存することの少ない計測結果を得ることができる。   Further, the wavefront recovery region determination unit 201 detects the center of gravity of the spot position as the region determination condition, and the incident angle of the light corresponding to the spot position (the angle of light incident on the encoding optical system 120) is within a predetermined angle. It may be used. As described above, the wavefront recovery region determination unit 201 can determine the first region (region 1) and the second region (region 2) based on the angle of light incident on the encoding optical system 120. For example, by setting the incident angle or less so that the incident angle characteristic of the sensor (encoding optical system 120) is greatly reduced, a measurement result that is less dependent on the sensitivity error of the sensor can be obtained.

また波面回復領域判定部201は、領域判定条件として、被検光学系TOを含む波面計測装置100の設計値(設計データ)を用いてもよい。この場合、光線追跡などを用いて、複数のスポットが重なり、または、波面回復精度が劣化する領域を事前に予想することができる。このような情報を予め記憶することで、波面回復領域判定部201は領域判定を行うことができる。これにより、計測時間を短縮することが可能となる。   The wavefront recovery region determination unit 201 may use a design value (design data) of the wavefront measuring apparatus 100 including the optical system TO to be tested as the region determination condition. In this case, a region where a plurality of spots overlap or the wavefront recovery accuracy deteriorates can be predicted in advance using ray tracing or the like. By storing such information in advance, the wavefront recovery region determination unit 201 can perform region determination. As a result, the measurement time can be shortened.

本実施例は、ディテクタアレイDA上にスポット像ISを形成するためのエンコード光学系120として、レンズレットアレイMLAを用いた構成を説明しているが、これに限定されるものではない。エンコード光学系120として、例えば、複数の開口(アパーチャ)を有するアパーチャプレート、一次元格子、または二次元格子などを用いてもよい。アパーチャプレートを用いる場合、一般的に知られているハルトマンスクリーンの波面回復アルゴリズムを波面再構成部202に適用することができる。また、一次元格子または二次元格子を用いる場合、波面再構成部202にロンキーテスト法やFFT法などを適用することにより、領域1の波面再構成を行うことが可能となる。これらの手法は、ディテクタアレイDAから出力された観測データと波面との関係を線形モデル化したものであり、この他にも、同様な手法を波面再構成部202に適用することができる。   In the present embodiment, the configuration using the lenslet array MLA as the encoding optical system 120 for forming the spot image IS on the detector array DA is described. However, the present invention is not limited to this. As the encoding optical system 120, for example, an aperture plate having a plurality of apertures (apertures), a one-dimensional grating, or a two-dimensional grating may be used. When an aperture plate is used, a generally known Hartmann screen wavefront recovery algorithm can be applied to the wavefront reconstruction unit 202. When a one-dimensional grating or a two-dimensional grating is used, the wavefront reconstruction of the region 1 can be performed by applying the Ronchi test method, the FFT method, or the like to the wavefront reconstruction unit 202. These methods are obtained by linearly modeling the relationship between the observation data output from the detector array DA and the wavefront, and other similar methods can be applied to the wavefront reconstruction unit 202.

また本実施例の波面計測装置100において、エンコード光学系として干渉計を用いることもできる。図11は、本実施例における別の形態の信号処理部DSPのブロック図であり、エンコード光学系として干渉計140を用いた場合の信号処理部DSPの構成を示している。   In the wavefront measuring apparatus 100 of the present embodiment, an interferometer can be used as the encoding optical system. FIG. 11 is a block diagram of another form of the signal processing unit DSP in this embodiment, and shows the configuration of the signal processing unit DSP when the interferometer 140 is used as the encoding optical system.

干渉計140により得られた干渉縞IFは、波面回復領域判定部301に出力される。波面回復領域判定部301は、通常の干渉縞解析で波面再構成可能な領域1を判定する。領域1の判定条件としては、例えば、干渉縞IFのピッチがディテクタアレイMLAの3画素(3ピクセル)以上であるなどの条件が用いられる。干渉縞解析としては、幾何光学的手法やFFT法などを用いることができる。   The interference fringe IF obtained by the interferometer 140 is output to the wavefront recovery region determination unit 301. The wavefront recovery region determination unit 301 determines a region 1 in which wavefront reconstruction is possible by normal interference fringe analysis. As the determination condition for the region 1, for example, a condition that the pitch of the interference fringe IF is 3 pixels (3 pixels) or more of the detector array MLA is used. As the interference fringe analysis, a geometric optical method, an FFT method, or the like can be used.

波面再構成部302(第1の信号処理部)は、領域1における干渉縞に基づいて干渉縞解析(幾何光学的計算)を行うことにより、領域1の計測波面WM1を算出する。続いて、波面推定部303(第2の信号処理部)は、波面再構成部302にて算出された第1の領域(領域1)の計測波面WM1と、波面回復領域判定部301からの干渉縞IFとに基づいて、第2の領域(領域2)の推定波面WM2を算出する。そして波面算出部304(第3の信号処理部)は、計測波面WM1(領域1の計測波面)と推定波面WM2(領域2の推定波面)とを繋ぎ合わせ(スティッチングを行い)、領域1および領域2を含む全解析領域の計測波面WMを算出する。このような波面計測装置を用いることにより、波面計測のダイナミックレンジを拡大することが可能となる。   The wavefront reconstruction unit 302 (first signal processing unit) calculates the measurement wavefront WM1 of the region 1 by performing interference fringe analysis (geometrical optical calculation) based on the interference fringes in the region 1. Subsequently, the wavefront estimation unit 303 (second signal processing unit) interfers with the measurement wavefront WM1 of the first region (region 1) calculated by the wavefront reconstruction unit 302 and the wavefront recovery region determination unit 301. Based on the fringe IF, the estimated wavefront WM2 of the second region (region 2) is calculated. Then, the wavefront calculation unit 304 (third signal processing unit) connects (performs stitching) the measurement wavefront WM1 (measurement wavefront of the region 1) and the estimated wavefront WM2 (estimated wavefront of the region 2), the region 1 and The measurement wavefront WM of the entire analysis region including the region 2 is calculated. By using such a wavefront measuring apparatus, the dynamic range of wavefront measurement can be expanded.

次に、本発明の実施例2における波面計測装置について説明する。実施例1の波面計測装置100は、被検光束LB2(被検光学系TOの瞳面上の波面など)をレンズレットアレイMLA上に結像するリレー光学系RYOを用いている。一方、本実施例の波面計測装置100aは、より大きな波面の計測に対応するため、リレー光学系RYOをより簡略な光学系に置き換えている。   Next, a wavefront measuring apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described. The wavefront measuring apparatus 100 according to the first embodiment uses a relay optical system RYO that forms an image of the test light beam LB2 (such as a wavefront on the pupil plane of the test optical system TO) on the lenslet array MLA. On the other hand, the wavefront measuring apparatus 100a of the present embodiment replaces the relay optical system RYO with a simpler optical system in order to cope with measurement of a larger wavefront.

図12は、本実施例における波面計測装置100aの要部構成図である。波面計測装置100aは、リレー光学系RYOに代えて収束光学系CVO(拡大縮小光学系)を備えている。収束光学系CVOは、レンズレットアレイMLA内に被検光束LB2が入射するように光束径を拡大縮小する。本実施例において、レンズレットアレイMLA内に被検光束LB2が入射するような大きさに縮小する正のパワーを有する収束光学系CVOが用いられているが、これに限定されるものではない。被検光学系TOからの透過光束を任意に拡大縮小する光学系を用いることが可能である。この場合、被検光学系TOの瞳上(射出瞳上)の波面の形状を求めるには、レンズレットアレイMLA上の波面Wを計測し、計測波面WMを求めた後、光線追跡や逆伝搬により瞳(射出瞳)の波面を求めればよい。   FIG. 12 is a main part configuration diagram of the wavefront measuring apparatus 100a in the present embodiment. The wavefront measuring apparatus 100a includes a converging optical system CVO (enlargement / reduction optical system) instead of the relay optical system RYO. The converging optical system CVO enlarges or reduces the light beam diameter so that the test light beam LB2 enters the lenslet array MLA. In the present embodiment, the converging optical system CVO having a positive power that is reduced to such a size that the test light beam LB2 enters the lenslet array MLA is used. However, the present invention is not limited to this. It is possible to use an optical system that arbitrarily enlarges or reduces the transmitted light beam from the test optical system TO. In this case, in order to obtain the shape of the wavefront on the pupil (on the exit pupil) of the optical system TO to be measured, the wavefront W on the lenslet array MLA is measured, the measured wavefront WM is obtained, and then ray tracing or back propagation is performed. Thus, the wavefront of the pupil (exit pupil) may be obtained.

被検光束LB2の強度分布が均一でない状態で逆伝搬を行う場合、計測波面WMだけでなく、シャックハルトマンセンサ光学系SHから得られるスポット像IS(強度分布データ)に基づくレンズレットアレイMLA上の被検光束LB2の強度分布を用いる。これにより、逆伝搬計算の精度を向上させることができる。なお本実施例において、図示されていないイメージセンサを用いて被検光束LB2の強度分布を別途計測し、その計測結果を逆伝搬計算に適用してもよい。   When back propagation is performed in a state where the intensity distribution of the test light beam LB2 is not uniform, not only the measurement wavefront WM but also the lenslet array MLA based on the spot image IS (intensity distribution data) obtained from the Shack-Hartmann sensor optical system SH. The intensity distribution of the test light beam LB2 is used. Thereby, the precision of back propagation calculation can be improved. In this embodiment, an intensity distribution of the test light beam LB2 may be separately measured using an image sensor (not shown), and the measurement result may be applied to the back propagation calculation.

図13は、本実施例における別の形態の波面計測装置100bの要部構成図である。図13に示されるように、被検光学系TOからの透過波面を、直接、被検光束LB2としてレンズレットアレイMLAに照射し、被検波面Wを計測してもよい。このような構成により、リレー光学系RYOに起因する計測不確かさを低減することができるとともに、波面計測装置(計測システム)の光学系のコストを削減することができる。このため、より高精度かつ低コストの波面計測装置を実現することが可能となる。   FIG. 13 is a main part configuration diagram of another form of a wavefront measuring apparatus 100b in the present embodiment. As shown in FIG. 13, the wavefront W to be measured may be measured by directly irradiating the lenslet array MLA with the transmitted wavefront from the test optical system TO as the test light beam LB2. With such a configuration, measurement uncertainty caused by the relay optical system RYO can be reduced, and the cost of the optical system of the wavefront measuring apparatus (measurement system) can be reduced. For this reason, it becomes possible to implement | achieve a highly accurate and low-cost wavefront measuring apparatus.

次に、本発明の実施例3における波面計測装置について説明する。実施例1、2の波面計測装置100、100a、100bは、被検光束LB2の大きさがレンズレットアレイMLAおよびディテクタアレイDAの大きさ以下となるように設計されている。一方、本実施例における波面計測装置では、被検光束LB2が発散光などによりレンズレットアレイMLAの大きさよりも大きくなる場合がある。   Next, a wavefront measuring apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described. The wavefront measuring apparatuses 100, 100a, and 100b of the first and second embodiments are designed such that the size of the test light beam LB2 is equal to or smaller than the sizes of the lenslet array MLA and the detector array DA. On the other hand, in the wavefront measuring apparatus in the present embodiment, the test light beam LB2 may be larger than the size of the lenslet array MLA due to divergent light or the like.

図14は、本実施例における波面計測装置100cの要部構成図である。波面計測装置100cは、被検光束LB2に対して、レンズレットアレイMLAおよびディテクタアレイDA(シャックハルトマンセンサ光学系SH)をスキャンさせながら、被検光束LB2の全面を複数の領域に分割し、スポット像ISを取得する。すなわち波面計測装置100cにおいて、シャックハルトマンセンサ光学系SH(計測手段)は、光学素子(被検光学系TO)を透過または反射した光束をスキャンすることにより、光強度分布(スポット像IS)を計測する。   FIG. 14 is a main part configuration diagram of the wavefront measuring apparatus 100c in the present embodiment. The wavefront measuring apparatus 100c divides the entire surface of the test light beam LB2 into a plurality of regions while scanning the lens beam array MLA and the detector array DA (Shack-Hartmann sensor optical system SH) with respect to the test light beam LB2. An image IS is acquired. That is, in the wavefront measuring apparatus 100c, the Shack-Hartmann sensor optical system SH (measuring means) measures the light intensity distribution (spot image IS) by scanning the light beam transmitted or reflected by the optical element (test optical system TO). To do.

そして計測手段は、複数の領域に分割された複数のスポット像ISを繋ぎ合わせて(スティッチングを行い)、被検光束LB2の全面の波面を計測することができる。また、複数の領域のスロープ角や波面を算出し、それらを被検光束LB2の全面に対応する領域に繋ぎ合わせてもよい。また、複数の領域に分割しながら取得した複数のスポット像ISを、従来のSHWFSの波面再構成アルゴリズムを適用可能なスポット像と、波面推定を適用するスポット像とに分離してもよい。この場合、波面再構成アルゴリズムを適用したスポット像から再構成した波面を初期値として、残りの波面推定を適用するスポット像のデータを用いて全体の波面を推定することができる。   Then, the measuring unit can measure the wavefront of the entire surface of the test light beam LB2 by connecting (sitting) a plurality of spot images IS divided into a plurality of regions. Further, slope angles and wavefronts of a plurality of regions may be calculated and connected to a region corresponding to the entire surface of the test light beam LB2. In addition, a plurality of spot images IS obtained while being divided into a plurality of regions may be separated into a spot image to which a conventional SHWFS wavefront reconstruction algorithm can be applied and a spot image to which wavefront estimation is applied. In this case, the entire wavefront can be estimated using the data of the spot image to which the remaining wavefront estimation is applied, with the wavefront reconstructed from the spot image to which the wavefront reconstruction algorithm is applied as an initial value.

このような構成により、有限なサイズのレンズレットアレイMLAおよびディテクタアレイDAを用いて、大きな有効径を有する被検光学系、または、負のパワーを有する被検光学系などの波面計測が可能となる。このため、低コストの波面計測装置(計測システム)を実現することができる。   With such a configuration, it is possible to measure a wavefront of a test optical system having a large effective diameter or a test optical system having a negative power using a lenslet array MLA and a detector array DA of a finite size. Become. For this reason, a low-cost wavefront measuring apparatus (measuring system) can be realized.

次に、本発明の実施例4における波面計測装置について説明する。 実施例1〜3の波面計測装置100〜100cは、被検光学系TOを透過した波面をシングルパスで計測するように構成されている。一方、本実施例において、波面計測装置はダブルパス光学系を用いて構成される。   Next, a wavefront measuring apparatus according to Embodiment 4 of the present invention will be described. The wavefront measuring apparatuses 100 to 100c according to the first to third embodiments are configured to measure the wavefront transmitted through the test optical system TO with a single path. On the other hand, in this embodiment, the wavefront measuring apparatus is configured using a double-pass optical system.

図15は、本実施例における波面計測装置100dの要部構成図である。波面計測装置100dは、ビームスプリッタBSを備え、被検光学系TOの透過波面をダブルパス光学系で計測するように構成されている。この場合、計測光学系の全長を短くすることができるため、装置のサイズを小さくすることが可能である。ただし、一般的に、光源LSから発せられた光が被検光学系TOを透過する光路と、平面や球面ミラー(ミラーMR)で反射して被検光学系TOを透過する光路とは、互いに異なっている。この光路の差は、いわゆるリトレースエラーとなる。本実施例の構成によれば、リトレースエラーを校正データとして計算することが可能であるため、コンパクトなダブルパス光学系の計測精度を向上させることができる。   FIG. 15 is a main part configuration diagram of the wavefront measuring apparatus 100d in the present embodiment. The wavefront measuring apparatus 100d includes a beam splitter BS, and is configured to measure the transmitted wavefront of the optical system TO to be measured with a double-pass optical system. In this case, since the total length of the measurement optical system can be shortened, the size of the apparatus can be reduced. However, in general, an optical path through which light emitted from the light source LS passes through the test optical system TO and an optical path through which the light is reflected by a plane or spherical mirror (mirror MR) and passes through the test optical system TO are mutually connected. Is different. This optical path difference becomes a so-called retrace error. According to the configuration of the present embodiment, since the retrace error can be calculated as calibration data, the measurement accuracy of a compact double-pass optical system can be improved.

図16は、本実施例における別の形態である波面計測装置100eの要部構成図である。図16に示されるように、波面計測装置100eは、反射光学系により構成された被検光学系TOを備えている。この場合、測定した波面の結果を、被検光学系TOの反射面の形状を換算することにより求めることができる。   FIG. 16 is a main part configuration diagram of a wavefront measuring apparatus 100e according to another embodiment of the present embodiment. As shown in FIG. 16, the wavefront measuring apparatus 100e includes a test optical system TO configured by a reflection optical system. In this case, the result of the measured wavefront can be obtained by converting the shape of the reflecting surface of the test optical system TO.

各実施例によれば、低コストで、広いダイナミックレンジの波面計測装置を実現することができる。カメラレンズやビデオレンズなどの光学系に含まれるユニット光学系や光学素子は、それ単体では透過波面が基準球面から大きく逸脱するよう場合があり、従来手法では計測することが困難である。各実施例の構成を採用することにより、このようなユニット光学系や光学素子の透過波面および面形状の計測を高精度かつ低コストで行うことが可能となる。その結果、ユニット光学系や光学素子単体での性能保証を行うことができるため、低コストで高性能な結像光学系の実現に寄与する。   According to each embodiment, it is possible to realize a wavefront measuring device with a wide dynamic range at low cost. A unit optical system or optical element included in an optical system such as a camera lens or a video lens may have a transmitted wavefront that deviates greatly from the reference spherical surface by itself, and is difficult to measure with the conventional method. By adopting the configuration of each embodiment, it is possible to measure the transmitted wavefront and the surface shape of such unit optical systems and optical elements with high accuracy and low cost. As a result, the performance of the unit optical system or the optical element alone can be guaranteed, which contributes to the realization of a low-cost and high-performance imaging optical system.

また各実施例において、波面形状を含む物理パラメータを計測することで、光学ユニットの組み立て調整に用いるパラメータを算出することもできる。例えば、計測した波面形状や面形状、屈折率分布などから、光学系全体の収差が最小となるような、光学素子の最適な配置位置や姿勢を求めることができる。このような光学素子の最適な配置位置や姿勢に基づいて、光学系を組み立て調整することで、光学性能の保証された光学システム(光学システムの組み立て調整装置)の提供が可能となる。   Further, in each embodiment, by measuring physical parameters including the wavefront shape, it is possible to calculate parameters used for assembly adjustment of the optical unit. For example, an optimal arrangement position and orientation of the optical element that minimizes the aberration of the entire optical system can be obtained from the measured wavefront shape, surface shape, refractive index distribution, and the like. By assembling and adjusting the optical system based on the optimal arrangement position and orientation of such optical elements, it is possible to provide an optical system (an assembly adjustment apparatus for the optical system) with guaranteed optical performance.

このように各実施例によれば、大きな波面収差を有する光学素子の波面計測が可能であって、高精度かつ低コストの波面計測装置、波面計測方法、光学素子の製造方法、および、光学システムの組み立て調整装置を提供することができる。その結果、光学素子や光学ユニットの開発コストと生産コストを削減することが可能となり、光学システムの高性能化と低コスト化を実現できる。   As described above, according to each of the embodiments, a wavefront measurement of an optical element having a large wavefront aberration is possible, and a highly accurate and low-cost wavefront measurement apparatus, a wavefront measurement method, an optical element manufacturing method, and an optical system are provided. Assembling and adjusting apparatus can be provided. As a result, it is possible to reduce the development cost and production cost of the optical element and the optical unit, and it is possible to realize high performance and low cost of the optical system.

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。   As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.

100 波面計測装置
120 エンコード光学系
201 波面回復領域判定部
202 波面再構成部
203 波面推定部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Wavefront measuring device 120 Encoding optical system 201 Wavefront recovery area determination part 202 Wavefront reconstruction part 203 Wavefront estimation part

Claims (20)

光学素子の透過波面または反射波面を計測する波面計測装置であって、
前記光学素子を透過または反射した光束に基づいて光強度分布を計測する計測手段と、
前記光強度分布における複数のスポット位置に基づいて第1の領域および第2の領域を判定する領域判定手段と、
前記第1の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、線形モデルを用いて第1の波面を算出する第1の信号処理手段と、
前記第1の領域および前記第2の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、前記第1の波面を初期値として光伝搬計算を繰り返し行うことにより第2の波面を推定する第2の信号処理手段と、を有することを特徴とする波面計測装置。
A wavefront measuring device for measuring a transmitted wavefront or reflected wavefront of an optical element,
Measuring means for measuring a light intensity distribution based on a light beam transmitted or reflected by the optical element;
Area determination means for determining the first area and the second area based on a plurality of spot positions in the light intensity distribution;
First signal processing means for calculating a first wavefront using a linear model based on information on the light intensity distribution of the first region;
Second signal processing for estimating a second wavefront by repeatedly performing light propagation calculation using the first wavefront as an initial value based on information on the light intensity distribution of the first region and the second region And a wavefront measuring device.
前記第1の波面と前記第2の波面とを繋ぎ合わせて前記光学素子の前記透過波面または前記反射波面を算出する第3の信号処理手段を更に有することを特徴とする請求項1に記載の波面計測装置。   2. The signal processing apparatus according to claim 1, further comprising third signal processing means for calculating the transmitted wavefront or the reflected wavefront of the optical element by connecting the first wavefront and the second wavefront. Wavefront measuring device. 前記第2の信号処理手段は、波面パラメータの最適化計算を用いて前記第2の波面を推定することを特徴とする請求項1または2に記載の波面計測装置。   3. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the second signal processing unit estimates the second wavefront by using optimization calculation of a wavefront parameter. 前記第1の信号処理手段は、幾何光学的計算を用いて前記第1の波面を算出し、
前記第2の信号処理部は、
前記光学素子および前記波面計測装置の物理モデルパラメータに基づいて前記光伝搬計算を行う第1の処理手段と、
前記計測手段からのデータと前記光伝搬計算の結果に基づいてコスト関数を算出する第2の処理手段と、
前記物理モデルパラメータを変化させて繰り返し算出されたコスト関数を指標として、前記物理モデルパラメータを決定する第3の処理手段と、を有することを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項に記載の波面計測装置。
The first signal processing means calculates the first wavefront using geometric optical calculation;
The second signal processing unit includes:
First processing means for performing the light propagation calculation based on physical model parameters of the optical element and the wavefront measuring device;
Second processing means for calculating a cost function based on the data from the measurement means and the result of the light propagation calculation;
4. The method according to claim 1, further comprising: a third processing unit that determines the physical model parameter by using a cost function repeatedly calculated by changing the physical model parameter as an index. 5. The wavefront measuring apparatus described.
前記計測手段は、レンズレットアレイおよびディテクタアレイを備えて構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の波面計測装置。   5. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit includes a lenslet array and a detector array. 前記計測手段は、複数のアパーチャを有するアパーチャプレートおよびディテクタアレイを備えて構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の波面計測装置。   5. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit includes an aperture plate having a plurality of apertures and a detector array. 前記計測手段は、一次元格子または二次元格子、およびディテクタアレイを備えて構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の波面計測装置。   5. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit includes a one-dimensional grating or a two-dimensional grating, and a detector array. 前記計測手段は、シャックハルトマン波面センサであることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit is a Shack-Hartmann wavefront sensor. 前記計測手段は、干渉計であることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit is an interferometer. 前記領域判定手段は、互いに異なる複数の大きさの検出領域で検出された前記複数のスポット位置に基づいて、前記第1の領域および前記第2の領域を判定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The area determination unit determines the first area and the second area based on the plurality of spot positions detected in detection areas having a plurality of different sizes. The wavefront measuring apparatus according to any one of 1 to 9. 前記領域判定手段は、隣接するスポット位置の間の距離に基づいて、前記第1の領域および前記第2の領域を判定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The said area | region determination means determines the said 1st area | region and the said 2nd area | region based on the distance between adjacent spot positions, The any one of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. Wavefront measuring device. 前記領域判定手段は、前記計測手段に入射する光線角度に基づいて、前記第1の領域および前記第2の領域を判定することを特徴とする請求項1乃至9のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The said area | region determination means determines the said 1st area | region and the said 2nd area | region based on the light ray angle which injects into the said measurement means, The any one of Claim 1 thru | or 9 characterized by the above-mentioned. Wavefront measuring device. 前記領域判定手段は、前記波面計測装置の設計値を用いて、前記第1の領域および前記第2の領域を判定することを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The wavefront according to any one of claims 1 to 12, wherein the region determination unit determines the first region and the second region using a design value of the wavefront measuring apparatus. Measuring device. 前記計測手段は、前記光学素子を透過または反射した前記光束をスキャンすることにより、前記光強度分布を計測することを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の波面計測装置。   14. The wavefront measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring unit measures the light intensity distribution by scanning the light beam transmitted or reflected by the optical element. 前記計測手段は、前記光学素子の射出瞳上の波面を計測することを特徴とする請求項1乃至14のいずれか1項に記載の波面計測装置。   The wavefront measurement apparatus according to claim 1, wherein the measurement unit measures a wavefront on an exit pupil of the optical element. 光学素子の透過波面または反射波面を計測する波面計測方法であって、
前記光学素子を透過または反射した光束に基づいて光強度分布を計測するステップと、
前記光強度分布における複数のスポット位置に基づいて第1の領域および第2の領域を判定するステップと、
前記第1の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、線形モデルを用いて第1の波面を算出するステップと、
前記第1の領域および前記第2の領域の光強度分布に関する情報に基づいて、前記第1の波面を初期値として光伝搬計算を繰り返し行うことにより第2の波面を推定するステップと、を有することを特徴とする波面計測方法。
A wavefront measurement method for measuring a transmitted wavefront or a reflected wavefront of an optical element,
Measuring a light intensity distribution based on a light beam transmitted or reflected by the optical element;
Determining a first region and a second region based on a plurality of spot positions in the light intensity distribution;
Calculating a first wavefront using a linear model based on information about the light intensity distribution of the first region;
Estimating the second wavefront by repeatedly performing light propagation calculation using the first wavefront as an initial value based on information on the light intensity distribution of the first region and the second region. A wavefront measuring method characterized by that.
前記第1の波面と前記第2の波面とを繋ぎ合わせて前記光学素子の前記透過波面または前記反射波面を算出するステップを更に有することを特徴とする請求項17に記載の波面計測方法。   The wavefront measurement method according to claim 17, further comprising a step of calculating the transmitted wavefront or the reflected wavefront of the optical element by connecting the first wavefront and the second wavefront. 前記複数のスポット位置は、互いに異なる複数の大きさの検出領域で検出されることを特徴とする請求項16または17に記載の波面計測方法。   The wavefront measurement method according to claim 16 or 17, wherein the plurality of spot positions are detected in detection areas having a plurality of sizes different from each other. 請求項16乃至18のいずれか1項に記載の波面計測方法を用いたことを特徴とする光学素子の製造方法。   An optical element manufacturing method using the wavefront measuring method according to any one of claims 16 to 18. 請求項16乃至18のいずれか1項に記載の波面計測方法を用いて、前記光学素子の配置位置または姿勢を算出し、該配置位置または該姿勢に基づいて、光学システムの組み立て調整を行うことを特徴とする光学システムの組み立て調整装置。   An arrangement position or orientation of the optical element is calculated using the wavefront measurement method according to any one of claims 16 to 18, and assembly adjustment of the optical system is performed based on the arrangement position or orientation. An assembly adjustment device for an optical system characterized by the above.
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